IBS - Institut de Biologie Structurale - Grenoble / France

Arrêt de croissance racinaire, rigidité, et stress métalliques

PELLEQUER Jean-Luc — 2023-11-01T10:27:16Z

Nous avons étudié le changement de rigidité de la paroi cellulaire primaire externe de plantules vivantes d'Arabidopsis thaliana en présence d'un stress métallique à l'aide de la microscopie à force atomique. Les résultats révèlent pour la première fois le découplage entre la réponse mécanique (raidissement de la paroi cellulaire) et l'arrêt de l'extension des racines. On démontre aussi une synergie moléculaire dans la réponse physiologique au stress où la réponse au stress Aluminium amplifie la réponse du stress Fer par l'intermédiaire de l'acide organique malate.

Kaur H, Teulon J-M, Godon C, Desnos T, Chen S-wW and Pellequer J-L (2024) Correlation between plant cell wall stiffening and root extension arrest phenotype in the combined abiotic stress of Fe and Al. Plant Cell Environ. 47:574–584.

Un protocole optimisé pour mesurer l'élasticité des racines

PELLEQUER Jean-Luc — 2023-09-11T08:25:34Z

La rigidité joue un rôle central dans l'extension des cellules végétales. Nous avons optimisé un protocole permettant de détecter les changements de rigidité sur la paroi cellulaire épidermique externe des racines de plantes vivantes à l'aide de la microscopie à force atomique (AFM). Un protocole fournit des instructions générales pour la collecte des courbes force-distance et l'analyse de la rigidité à l'aide d'un modèle mécanique basé sur le contact. Avec ce protocole et une formation initiale à l'AFM, un utilisateur est capable de réaliser des expériences d'indentation sur Arabidopsis thaliana de 4 et 5 jours et de déterminer les propriétés de rigidité.

Kaur H, Teulon J-M, Foucher A-E, Fenel D, Chen S-wW, Godon C, Desnos T and Pellequer J-L (2023) Measuring external primary cell wall elasticity of seedling roots using atomic force microscopy. STAR Protoc. 4 : 102265.

La théorie trimécanique

PELLEQUER Jean-Luc — 2023-01-10T15:27:18Z

Une nouvelle version du modèle de mécanique de contact basée sur l'application stricte des principes de Sneddon.

La théorie trimécanique est le concept même de la nanomécanique des composites qui sous-tend le mécanisme de restauration du matériau sous une compression externe. Elle permet de démêler les réponses mécaniques linéaires et celles liées à la forme de la pointe à différentes profondeurs d'indentation.

La théorie trimécanique s'applique à tous les modèles mécaniques basés sur le contact avec une relation force-profondeur de type loi de puissance. La perspective de cette recherche est que la mesure de la rigidité ne restera pas à un niveau d'évaluation globale, mais ira plus loin pour relier les comportements élastiques à la sous-structure du nanomatériau.

– Chen SWW, Teulon JM, Kaur H, Godon C and Pellequer JL (2023) Nano-structural stiffness measure for soft biomaterials of heterogeneous elasticity. Nanoscale Horiz. 8 : 75-82. [HAL]

Nanomécanique et croissance racinaire

2018-08-23T13:24:39Z

Etablissement d'un lien entre croissance racinaire et élasticité des cellules de surface

La croissance des plantes est extrêmement sensible aux contraintes de l'environnement, qui agissent in fine sur le fonctionnement des parois cellulaires ; le relâchement ou le blocage des parois permet, respectivement, le grandissement cellulaire ou son arrêt. Chez la plante modèle Arabidopsis poussant in vitro, nous avons montré que le stress du à une carence en l'élément nutritif phosphate « -Pi » bloque très rapidement, et irréversiblement, la croissance racinaire (figure ci-dessous).

Si des liaisons chimiques sont responsables de l'arrêt de l'expansion cellulaire, alors elles devraient modifier rapidement les propriétés mécaniques des parois. Pour tester cette hypothèse, nous avons utilisé la microscopie à force atomique (AFM). Nous avons démontré un accroissement de la rigidité de la paroi cellulaire en absence de Pi dans la zone de transition racinaire par des mesures de nanoindentation avec l'AFM.

Enfin, ces résultats démontrent que l'AFM est une excellente technique qui permet de mesurer avec précision un changement rapide de l'état de la paroi cellulaire sur un organisme vivant.

Les mesures AFM ont été réalisées par Christian Godon et les analyses des courbes ont été réalisées par Jean-Marie Teulon sur des plantules produites par Christian à partir de graines fournies par Thierry Desnos.

Balzergue C, Dartevelle T, Godon C, Laugier E, Meisrimler C, Teulon J-M, Creff A, Bissler M, Brouchoud C, Hagège A, Müller J, Chiarenza S, Javot H, Becuwe-Linka N, David P, Péret B, Delannoy E, Thibaud M-C, Armengaud J, Abel S, Pellequer J-L, Nussaume L and Desnos T (2017) Low phosphate activates STOP1-ALMT1 to rapidly inhibit root cell elongation. Nat. Commun. 8 : 15300.

La procédure de standardisation SNAP en AFM

2018-08-23T12:44:35Z

SNAP est une procédure de calibration qui permet une mesure fiable du module élastique de Young pour des échantillons mous, comme des cellules vivantes, par microscopie à force atomique

Suite au projet Européen COST TD1002 que nous avons coordonné entre 2010 et 2014, une étude multisites et multimachines a été entreprise afin d'améliorer la quantification du module élastique de Young pour des cellules eucaryotes. Cette étude a permis de mettre en avant le protocole SNAP (temporairement appelé le protocole de Dubrovnik). L'essence du protocole est l'amélioration de la calibration des AFMs en utilisant des leviers dont la constante de raideur est préalablement calibrée. Ceci permet de calibrer la sensibilité de la photodiode avec une grande précision. Une fois la procédure appliquée, la variabilité des résultats sur hydrogels est descendue à 1%. Ci-dessous est représenté le résultat de la variabilité améliorée (à droite) sur le calcul du module de Young de cellules MDCK C11. C'est typiquement un projet commun où il est difficile d'attribuer une hiérarchie participative. Cependant, il faut souligner le rôle majeur d'Hans Oberleithner dans le développement de cette action ainsi que le rôle moteur de Manfred Radmacher et aussi d'Hermann Schillers dans la mise en place et distribution des échantillons pour tout le groupe.

Schillers H, Rianna C, Schäpe J, Luque T, Doschke H, Wälte M, Uriarte JJ, Campillo N, Michanetzis GP, Bobrowska J, Dumitru A, Herruzo ET, Bovio S, Parot P, Galluzzi M, Podestà A, Puricelli L, Scheuring S, Missirlis Y, Garcia R, Odorico M, Teulon JM, Lafont F, Lekka M, Rico F, Rigato A, Pellequer J-L, Oberleithner H, Navajas D and Radmacher M (2017) Standardized Nanomechanical Atomic force microscopy Procedure (SNAP) for measuring soft and biological samples. Sci. Rep. 7 : 5117.